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1、CAE分析标准流程,CAE分析结果的影响因素,CAE分析结果的解析,分析案例解读CAE,如 何 正 确 理 解 CAE,CAE(Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。,什么,CAE,是,?,CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁、热等。,CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。,什么,CAE,是,?,目前我们公司引进的Au
2、todesk公司的用于流体动态仿真的最新模流分析软件MFI(Autodesk Sinulation Moldflow Synergy 2013),也就是注塑成型模拟仿真技术.,CAE软件按研究对象分为：静态结构分析，动态分析；按研究问题分为线性问题，非线性问题；按物理场分：结构（固体）、流体、电磁等。,什么,CAE,是,?,CAE软件的主体是有限元分析(FEA，Finite Element Analysis）软件。有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的
3、，所以称为有限元法。,分析思想,基于有限元方法的CAE系统，其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。,分析思想,前处理,有限元分析,分析过程,1,3,后处理,CAE分析结果采用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的
4、等值线图，表示应用、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。根据工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性。,分析过程,汽 车 类 产 品 模 流 分 析 时 间 表,分析时间,仪表板类冷却分析时，因涉及到运水的复 杂性不同，其时间跨度比较大。,产品之外的任何特征修改（如浇口、冷却水 路）除模型前处理，网络不用重划分外，其 它都需重新运算一次，其分析时间一般要正常 时间的一半,若修改产品，则相当于全部重新开始( 模型前处理，网格划分，重新运算)
5、。,CAE分析的作用,增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本,缩短设计和分析的循环周期,CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性,CAE分析的作用,采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本,在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题,模拟各种试验方案，减少试验时间和经费,进行机械事故分析，查找事故原因,Autodesk公司的模流分析软件MFI其主要功能就在于模拟塑料成型模具实际成型过程,即熔融态塑料在模具型腔内的流动成型过程,通过有限元数字求解器
6、计算分析熔融态塑料成型过程中的速度场、位移场、温度场、压力场的变化过程,CAE分析的作用,工作流程,详细填写CAE分析申请单,评审方案及确定分析方向和重点,分析模型前处理设置工艺条件分析,确定报告方案及评审,T1试摸前确认CAE分析报告与模具一致,采集试摸数据及总结经验,分析结果评判及优化对比,CAE可以看作是一个试验注射机,进行注塑试验的工具,能够发现、预测问题的发生。通过分析，使得问题点在理论上可视化、使得问题点明确化。对实际成型的现象进行理论上的预测和把握，从而找到问题点并将风险化为最低。,必要性,相 信 CAE,但 不 能 迷 信 CAE,真 理 掌 握 在 使 用 者 手 里,CAE
7、的作用主要是对工艺、设计方案进行优化，而方案的优化不是自动进行的，而是靠与经验知识结合来。而经验往往无法把握度，CAE虽然能够把握度，但与实际不能完全吻合，经过经验知识的验证和补充，才能更可靠。,软件像设备一样，只有保证输入正确的参数，才能得到较为正确的结果。但软件又不完全等同于设备，它经过理想化、简化、近似化等处理，与实际情况有着或多或少的差异。软件起的主要是指导性的、方向性的作用。CAE是对注塑成型的理论仿真，在实际应用中必须与经验结合才能实现其价值。CAE和经验技能结合越紧密，实际效果就越明显。,必要性,相 信 CAE,但 不 能 迷 信 CAE,真 理 掌 握 在 使 用 者 手 里,
8、CAE工作的要求,相 信 CAE,但 不 能 迷 信 CAE,真 理 掌 握 在 使 用 者 手 里,CAE的使用应该是一个项目团队共同协作完成,包括材料工程师、产品设计工程师、模具工程师、试模工程师和CAE工程师，发挥设计部门、分析部门和试验部门的团队精神，不断研究设计方法、提高CAE分析和试验分析的综合应用能力。,CAE分析工程师的要求,求解器技术:CAE分析模型的选择及处理要求,成型零件:CAD模型、实际产品、分析模型一致性,材料数据: CAE分析材料的选择及影响因素,工艺条件: 注塑成型工艺条件的模拟一致性,影响分析结果准确性的四要素,求解器技术,Midplane中层面网格 适用于整体
9、为薄壁的产品,Dual Domain双层面网格 1.產品是薄壁件但包含局部料位厚的區域. 2.產品任何部位的長度和寬度都應是厚度的4倍以上.一般要求10倍以上,以保証分析的准确性.,3D网格 1.料位特厚,最大料位差6mm以上,或平均料位6mm以上。 2.產品有很多厚區域,轉角,特征或壁位 注意:長度和寬度是厚度的4倍以下的產品建議用3D网格. 3. 對于圓轉角和特征需要精准分析的產品,成型零件,分析模型,分析结果,实际成型,务必保证几何模型与实际模型一致,是否经过合理简化;是否有特征丢失;网格匹配和厚度定义是否准确;是否完全建立浇注系统;水路连接是否一致;浇注系统和冷却系统的尺寸、参数定义是
10、否一致;分析模型是否与模具加工一致否则,势必影响分析结果与实际结果的一致性,CAE分析材料的选择,热 塑 性 材 料 加工性能,CAE分析材料的选择,影响分析类型的材料参数,CAE分析材料的选择影响分析类型的材料参数,影响分析类型的材料参数,CAE分析材料的选择,CAE显示材料参数,CAE分析材料的选择,CAE 报告显示材料参数,CAE材料数据资料库选择查询比对顺序 高分析材料物性表 CAE材料数据库数据 -高分子材料名称 -厂商 -熔融指数MFR -收缩率-密度 -热学性能(热变形温度) -机械性能(拉伸模量),CAE分析材料的选择,CAE替代材料选择原则,CAE分析材料的选择,CAE不同材
11、料分析实例,注塑成型工艺条件,注射成型是将注射机熔融的塑料，在柱塞或螺杆推力作用下进入模具，经过冷却获得制品的过程。 注塑成型有三 要素五原则:,模具、 成型机（注塑机）、 成型材料（塑料）,温度、 速度、 时间、 成型压力、 行程（位置）,注射时间 保压时间 冷却时间 开模时间 熔胶(塑化)时间,背压 注射压力 保压压力 熔胶(塑化)压力锁模压力(锁模力),注塑成型工艺条件,注射成型的重要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度，压力和相应的各个作用时间，即注射成型工艺条件三 要素，如下所示：,干燥温度 熔融温度 模具温度 冷却回路温度,注塑成型工艺条件,工艺参数设置,注塑成型工艺条件,工艺参数反
12、馈,分析结果列表,右图列出了创建的图形结果，并给出了以下分析技术是否支持各个结果：,Fill Time,定义,标准,结果,填充时间显示了模腔填充时每隔一定间隔的料流前锋位置。每个等高线描绘了模型各部分同一时刻的填充。,平衡填充,确认填充行为的显示状况:云图,等高线图,局部填充云图;动态图,等高线的均匀间隔指示了聚合物的均匀流动速度。宽的等高线指示快速的流动，而窄的等高线指示了缓慢的填充。,所有流程在同一时间结束，料 流前锋在同一时间到达模型末端,均匀流速,短射,Fill Time,滞流,在填充时间结果上，短射将显示为半透明的。关于3D模型, 可以使用未填充的模穴(短射)结果来检查是否在制品的内
13、部存在未充填的部分。,如果填充时间结果显示一些区域上的云图有很近的间隔，将产生滞流。,过保压,如果填充时间结果显示某个流程的流程之前完成，将显示过保压。过保压会导致高的制品重量、翘曲和不均匀的密度分布。,Fill Time,熔接线,在填充时间上重叠熔接线确定其存在，熔接线会导致结构和外观视觉上的缺陷。,气穴,在填充时间上重叠气穴可以确认其存在，气穴会导致结构和外观视觉上的缺陷。,跑道效应,跑道效应会导致气穴和熔接线，查 看气穴和熔接线的位置及数量。,气穴&跑道效应=Air Traps,熔接线=Weld Lines,过保压 =顶出时体积收缩,Fill Time,判 断 注 塑 制 品 缺 陷,填
14、充不平衡 =V/P切换时压力,滞流效应&短射=Temperature at flow front,Fill Time,判 断 注 塑 制 品 缺 陷,Pressure at V/P switchover,定 义,该结果从流动分析产生，显示 了通过模型内的流程在从速度到压 力控制切换点的压力分布。,在填充开始前，模腔内各处的压力为零（或者为大气压，绝对压力）。熔料前沿到达的位置压力才会增加，当熔料前沿向前移动填充后面的区域时压力继续增加，此取决于该位置与熔料前沿的长度。各个位置的压力不同促使聚合物熔料的填充流动，压力梯度是压力差除以两个位置间的距离。聚合物总是朝着负压力梯度方向移动，从高压力到低
15、压力（这个类似于水的流动从高处流向低处）。因而，最大压力总是发生在聚合物注射位置处，最小压力发生在填充过程中的熔料前沿。压力大小（或压力梯度）取决于聚合物在模腔中的阻抗；高粘性的聚合物要求更多的压力来填充模腔。模型中的受限制区域，比如薄部分、小的流道、长的流动长度也要求大的压力梯度高压力来填充。,标 准,Pressure at V/P switchover,Pressure at V/P switchover,结 果,速度/压力转化时，制 品的瞬间压力分布,平衡流动、平衡 压力分布,流动前锋温度效果;,浇注系统压力损失 .,冷凝 效果,过保压,滞流,Pressure at V/P switch
16、over,平衡的压力分布,定义,标准,结果,该结果从流动分析产生，显示了通过模型内的流程在从速度到压力控制切换点的压力分布。,整个成型周期内型腔及浇注系统压力变化,包含填充阶段和保压阶段压力随着时间的变化状态,通常以动态结果显示,标准的注塑机最大液压是200MPa，由于喷嘴的区域很小,当聚合物被注入并且被冲进喷嘴时，有一个增强的压力比例在8-15之间。因此，喷嘴处可用的压力通常在160MPa到300MPa之间，平均大约是200MPa。注意:注塑机的注射压力是由液压系统提供.参数设置需要变换换算关系.,Pressure,定义,标准,结果,结果显示了在填充和保压阶段不同时刻的压力。,确认整个成型周期内压力变化分布;确认成型周期内最大注塑压力、V/P切换时压力、保压压力和时间的关系,注射位置处压力对于检查是否有压力阻止很有用的，其通常是不平衡的标示。该结果对平衡很敏感。,
